CN1933493A - 一种基于dhcp协议的ip机顶盒动态配置ip方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种为网络化无盘启动的IPTV机顶盒动态分配IP地址，设置网关等网络参数，并且动态管理IP资源的方法。方法中涉及了包括可连接到英特网的IPTV机顶盒的客户端模块和包括用于分配和管理IP的DHCP服务器的服务端模块。客户端的机顶盒负责监听UDP端口67，发送IP地址租用请求和配置TCP/IP。服务端的服务器负责接收机顶盒的IP地址租用请求和返回确认的IP地址，并且更改服务器上的IP地址映射表。这种方法减除了由于人工设置IP地址而带来的运营成本和维护成本，实现IPTV机顶盒的即插即用功能。

Description

一种基于DHCP协议的IP机顶盒动态配置IP方法

                      技术领域

本发明涉及到计算机网络通信领域和一些相关的网络通信协议。

                      技术背景

IPTV接收终端，即IPTV机顶盒，是IPTV系统关键设备之一，其主要功能包括：支持LAN或xDSL网路传输、接收及处理IP数据和视频流；支持H.264、MPEG-2、MPEG-4、WMV和Real等视频解码；支持相应CA技术；支持HTML网页浏览及网路游戏等。

由于IPTV基于网络传输，因此作为网络接入设备的机顶盒在使用前应进行IP地址、网关等网络参数的设置。如果在实际工程中采用人工逐台进行设置，会大大增加运营商的人工成本，而且日后的维护费用也会相应增加。因此在IPTV机顶盒的设计中应考虑实现即插即用功能，即实现自动配置。

动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)从原有的BootP协议发展而来，原来的目的是为无盘工作站分配IP地址的协议，当前更多地用于对多个客户计算机集中分配IP地址以及IP地址相关的信息的协议，这样就能将IP地址和TCP/IP的设置统一管理起来，而避免不必要的地址冲突的问题，因此常常用在网络中对众多DOS/Windows计算机的管理方面，节省了网络管理员手工设置和分配地址的麻烦。

由于机顶盒操作系统一般采用WINCE、嵌入式Linux、RTOS等嵌入式系统，所以机顶盒也可以看作一台客户终端，从而可以使用本方法进行动态配置IP地址以及设置网关等网络参数。

本方法也可以使用BootP协议来代替DHCP协议，但由于BootP协议存在两个缺点：一、在配置之前，服务器必须知道IP机顶盒的MAC地址；二、IP地址是静态绑定的，当IP资源不足时，可能造成IP地址的浪费。当网络中有大量用户，但是IP资源不足，并且不会有超过IP总数的用户同时登录网络的时候，BootP协议的静态绑定IP就会出现IP冲突问题。此时，DHCP协议将显示出它的优点。它可以更有效的管理IP资源，使每个用户都可以随机获取IP，每个IP都得到最大的利用。

                      发明内容

本发明的目的在于为网络化无盘启动的IPTV机顶盒自动分配IP，设置网关等网络参数，并且动态管理IP资源，减除由于人工设置IP地址而带来的运营成本和维护成本。实现IPTV机顶盒的即插即用功能。

为了实现上述发明目的，现采用的技术方案如下：

为每一用户配置一台IPTV机顶盒，在机顶盒ROM芯片中安装DHCP客户程序，并为每台机顶盒安装网卡。设立小区局域网，为每个小区配置一台DHCP服务器。当一台IPTV机顶盒进行启动时，向局域网中发出广播信息包，然后该小区的服务器或者邻网的服务器自动为该机顶盒配置IP及网络参数，最后达到机顶盒网络化无盘启动成功。

本发明的设计理念是参考计算机网络中DHCP服务器为客户计算机动态分配IP地址的方案进行改进，以适应安装了IPTV机顶盒的小区局域网。机顶盒向服务器发出租用IP请求，DHCP服务器响应申请，并且提供IP租用。然后机顶盒选择IP地址，并从服务器下载启动配置文件。

上述方案中提到的广播信息包包括源IP地址为0.0.0.0，目标IP地址255.255.255.255，并且还包括该机顶盒的MAC地址和标识。IPTV机顶盒从服务器下载的启动配置文件包括IPTV机顶盒可使用的IP地址，网关，IP租用时间。

工作过程如下：

1)IPTV机顶盒初始化TCP/IP，并向DHCP服务器发送请求，请求租用IP地址；

2)DHCP服务器接收到请求，验证对方合法身份，并向请求方提供IP租用合同；

3)IPTV机顶盒接收到一份或者几份IP租用合同，选择其中的一份，并在向网络中发送一个广播消息，通知所有服务器该机顶盒接受的IP地址和相应的服务器地址。所有未接受IP租用合同的服务器将取消合同，继续监控网络上其他机顶盒的请求；

4)被IPTV机顶盒接受了IP租用合同的DHCP服务器接收到机顶盒发出的广播消息之后，发出确认报文，将机顶盒启动配置文件传送给IPTV机顶盒，并且更新服务器中的IP地址映射表；

5)IPTV机顶盒从DHCP服务器上下载启动配置文件，配置TCP/IP，然后就可以上网了，整个自动获取IP地址的过程也完成了。

本发明的有益效果在于：

1.IPTV机顶盒启动之后，能够自动获取IP地址上网，免除了人工设置IP地址的工序，降低了运营商成本和日后的维护成本，实现了机顶盒的即插即用功能。

2.为一个拥有一定用户数量的小区安装一台DHCP服务器，负责分配IP地址和回收目前没用的IP地址，大大降低了对IP地址的需求，有利于控制该区域的有限IP地址资源。

3.为每个DHCP服务器建立一个IP地址映射表，记录小区数字电视用户机顶盒的相关情况，有利于更好的管理控制数字电视网，为数字电视网日后开展其他业务提供了保障和基础。

                      附图说明

附图1是机顶盒和服务器的关系示意图；

附图2是机顶盒和服务器数据交换的顺序图。

                    具体实施方式

下面结合附图来做进一步的详细说明。

如附图1表示了机顶盒和服务器的交互关系以及它们之间的一些重要数据流。如图所示，机顶盒负责监听UDP端口67，发送IP地址租用请求和配置TCP/IP。服务器负责接收机顶盒的IP地址租用请求和返回确认的IP地址，并且更改服务器上的IP地址映射表。

本发明的工作过程如图2所示。下面结合附图2来说明本发明的

具体实施方式：

第一步，在IPTV机顶盒的ROM芯片中安装DHCP客户程序。

第二步，如附图2第(1)步所示，IPTV机顶盒启动，ROM芯片启动DHCP客户程序初始化TCP/IP。机顶盒通过UDP端口67向网络中发送一个租用IP地址请求包。包中内容为机顶盒网卡的MAC地址以及机顶盒的标识，还有广播源IP地址0.0.0.0，目的IP地址255.255.255.255。请求包格式如下：

源IP地址0.0.0.0

目的IP地址255.255.255255

IPTV机顶盒的MAC地址和标识

第三步，如附图2第(2)步所示，网络中的所有的DHCP服务器接受到请求之后，如果又空闲的IP地址，都会发回一个确认信息，然后如附图2第(3)步所示，发送一个IP租用合同，里面包括DHCP服务器的IP地址，提供给机顶盒的IP地址，网关，子网掩码，租用时期，并在IP映射表上记录下该机顶盒的MAC地址，如果请求信息来自不同的子网，还必须记下子网号。如果DHCP服务器中没有空闲IP地址，则返回没有IP的异常信息，而且不需要在IP映射表上记录下该机顶盒的MAC地址。

IP租用合同的报文格式如下：

源IP地址DHCP服务器的IP地址

IPTV机顶盒的MAC地址及标识

用于租用的IP地址，网关，子网掩码等参数

IP地址租用期限

如果所有服务器都没有空闲IP地址，则不作任何回应。在IPTV机顶盒端设置一个响应时间(假设为1秒)。如果超过响应时间机顶盒还没收到任何响应，机顶盒会将这一广播包从新广播四次(以2，4，8和16秒为间隔，加上1～1000毫秒之间随机长度的时间)。四次之后，如果仍未能收到DHCP服务器的回应，则机顶盒将无法获得IP地址。但是机顶盒仍然每隔5分钟重新广播一次，如果收到某个服务器的回应，则继续IP租用过程。

第四步，IPTV机顶盒可能接收到一个或者几个IP租用合同。然后根据先到先得的优先级算法选择一个将租用的IP。如附图2第(4)步所示，在确定了选用的IP之后，IPTV机顶盒将向网络中广播一个消息报文，报文包括本机顶盒的MAC地址和标识，所接受的IP地址以及提供IP租用合同的DHCP服务器的IP地址。

广播消息报文格式如下：

源IP地址0.0.0.0

目的IP地址255.255.255.255

DHCP服务器的IP地址

IPTV机顶盒的MAC地址和标识

准备租用的IP地址

第五步，当网络上的所有DHCP服务器接收到机顶盒发出的广播包之后，通过对比包中DHCP服务器IP地址知道机顶盒是否选择了本服务器提供的IP租用合同。如果是，则服务器更新IP地址映射表，添加IP租用期限，并向IPTV机顶盒返回确认信息，开始传送启动配置文件。如果不是，则服务器不返回任何消息，并且删除IP地址映射表中该机顶盒的相应项，从而转向继续监听网上其他IPTV机顶盒的消息。

IP地址映射表表头为：

IPTV机顶盒MAC地址

租用的IP地址

IP地址租用期限

IPTV机顶盒状态(离线或在线)

机顶盒离线时间(允许为空)

配置文件所包含的信息有：租用的IP地址，网关，子网掩码等网络参数，上传配置文件的DHCP服务器的IP地址，以及启动机顶盒的一些驱动程序。

第六步，如附图2第(5)步所示，机顶盒获取启动配置文件，成功启动。DHCP服务器轮询IP地址映射表中的每一项，只要发现租期超过50％的机顶盒，则向该机顶盒发送一个通知消息，向其提供新的租期合同，然后等待机顶盒的响应报文。如果接收到机顶盒的响应报文，则更新IP地址映射表，否则，等到租期超过75％的时候再发第二次通知消息。如果两次都没有收到机顶盒的确认消息，则等到租期到期时回收IP地址，并且从IP地址映射表上删除该机顶盒的相关信息。

响应的机顶盒接收到DHCP服务器发过来的通知消息，将会更新自己的租用期限，并且返回一个确认消息。

DHCP服务器发送的通知消息报文格式如下：

源IP地址DHCP服务器的IP地址

目的IP地址IPTV机顶盒的IP地址(刚租用的)

IP租用期快到的信息

更新后的IP租用期限

第七步，如果IPTV机顶盒关机，DHCP服务器会在IP地址映射表上发现机顶盒已处于离线状态并且超过一定时间(例如10分钟)，则会回收IP地址以用于其它IPTV机顶盒。

如果IPTV机顶盒重启，则向网络广播一个消息，提供IP租用的服务器查询IP地址映射表，如果发现表上有该机顶盒的MAC地址，该机顶盒上次租用IP的时间没有超过界定时间(例如10分钟)，并且IP租用期限还没到，则向机顶盒从新传送启动配置文件。如果发现机顶盒重启时间超时了或者IP租用期到了，则向机顶盒返回一个异常消息，并将该机顶盒的相关信息从IP地址映射表上删去。机顶盒需从新申请IP租用。

Claims (4)

1.一种基于DHCP协议的IP机顶盒动态配置IP方法，所述方法包括以下步骤：

(1)IPTV机顶盒初始化TCP/IP，并向DHCP服务器发送请求，请求租用IP地址；

(2)DHCP服务器接收到请求，验证对方合法身份，并向请求方提供IP租用合同；

(3)IPTV机顶盒接收到一份或者几份IP租用合同，采用先到先得的方法选择其中的一份，并在向网络中发送一个广播消息，通知所有服务器该机顶盒接受的IP地址和相应的服务器地址，所有未接受IP租用合同的服务器将取消合同，继续监控网络上其他机顶盒的请求；

(4)被IPTV机顶盒接受了IP租用合同的DHCP服务器接收到机顶盒发出的广播消息之后，发出确认报文，将机顶盒启动配置文件传送给IPTV机顶盒，并且更新服务器中的IP地址映射表；

(5)IPTV机顶盒从DHCP服务器上下载启动配置文件，配置TCP/IP，成功登陆网络。

2.根据权利要求1所述的基于DHCP协议的IP机顶盒动态配置IP方法，其特征在于DHCP服务器和IPTV机顶盒通过信息包基于DHCP协议进行租用IP申请，提供IP租用，选择IP租用和确认IP租用，所述信息包的结构包括源IP地址、目的IP地址和IPTV机顶盒的MAC地址及标识，还有预留的字节用于存储DHCP服务器提供的IP地址和租用期限。

3.根据权利要求2所述的基于DHCP协议的IP机顶盒动态配置IP方法，其特征在于所述的服务器端的IP地址映射表记录了接受IP租用的IPTV机顶盒的MAC地址或标识，租用出去的IP地址，租用期限，机顶盒在线状态以及离线的时间。

4.根据权利要求3所述的基于DHCP协议的IP机顶盒动态配置IP方法，其特征在于机顶盒可以接受不止一个服务器提供的IP地址，然后根据先到先得的方法选择租用IP地址。

根据权利要求4所述的基于DHCP协议的IP机顶盒动态配置IP方法，其特征在于服务器为它所提供IP租用的机顶盒设置一个状态，记录机顶盒是否在线；如果机顶盒离线，则记录它的离线时间，如果超过时限，则回收机顶盒IP地址，这两项均记录在服务器上的IP地址映射表中。

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